JP2993120B2 - Method and apparatus for canceling random FM noise - Google Patents

Method and apparatus for canceling random FM noise

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JP2993120B2
JP2993120B2 JP3501080A JP50108090A JP2993120B2 JP 2993120 B2 JP2993120 B2 JP 2993120B2 JP 3501080 A JP3501080 A JP 3501080A JP 50108090 A JP50108090 A JP 50108090A JP 2993120 B2 JP2993120 B2 JP 2993120B2
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    • H04B1/10Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
    • H04B1/12Neutralising, balancing, or compensation arrangements

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般にFM(周波数変調)無線通信システ
ム、とくにデジタル信号処理(DSP)技術に基づくFM無
線システムに関し、さらに詳しくは、フェージング伝送
チャンネルによって誘発される送信信号の好ましくない
位相変調によって発生するランダムFM雑音をキャンセル
する方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to FM (frequency modulation) wireless communication systems, and more particularly to FM wireless systems based on digital signal processing (DSP) technology, and more particularly to transmissions induced by fading transmission channels. The present invention relates to a method for canceling random FM noise generated by undesired phase modulation of a signal.

発明の背景 本発明に関する問題についてさらに詳しく把握するた
めには、レイリー・フェージング(Rayleigh fading)
の概念を理解しなければならない。レイリー・フェージ
ングとは、マルチパス伝搬に起因して受信信号の大きさ
および位相が高速に変化することである。このレイリー
・フェージングを受けた信号は、フェージングの大きさ
が受信信号の振幅を大幅に瞬時に低下させるほど大きい
場合に聴取者にとって極めて不快なものとなる。その結
果、聴取者には不快な雑音バーストが聞こえることにな
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION In order to gain a better understanding of the problems associated with the present invention, Rayleigh fading
You have to understand the concept. Rayleigh fading is a rapid change in the magnitude and phase of a received signal due to multipath propagation. A signal that has undergone this Rayleigh fading becomes extremely unpleasant to the listener if the magnitude of the fading is large enough to cause the amplitude of the received signal to drop substantially and instantaneously. As a result, the listener will hear an unpleasant noise burst.

レイリー・フェージングは、移動無線ユーザが道路を
走行して、比較的近接した近傍の物体、例えば電柱,建
物,架橋などを通過する際に頻繁に発生し、その結果、
車両の移動アンテナにおいて電界強度のばらつきが生じ
る。このような電界強度の変化により、受信信号のエン
ベロープに対応するばらつきが生じる。最小エンベロー
プと実質的に一致する受信音声中の不快な雑音バースト
やポップ音(pops)はランダムFM雑音として特徴づけら
れる。
Rayleigh fading frequently occurs when a mobile wireless user travels on a road and passes through relatively close, nearby objects, such as telephone poles, buildings, bridges, and the like.
Variations in electric field strength occur in the mobile antenna of the vehicle. Such a change in the electric field intensity causes a variation corresponding to the envelope of the received signal. Unpleasant noise bursts and pops in the received speech that substantially match the minimum envelope are characterized as random FM noise.

レイリー・フェージング信号に対する応答を改善する
従来の方法は、ほとんどがアナログ方式であり、移動無
線装置内で貴重なスペースを必要とし、コストが高くな
った。さらに、このような方法の大半はダブル・エンド
方式であり、移動装置と基地局の両方になんらかの信号
処理を追加しなければならなかった。1987年8月28日に
出願され、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許出
願第091,160号において説明されているレイリー・フェ
ージング環境において受信機の性能を改善する一つの方
法は、フェージング事象中に受信機音声を実際にミュー
トする。この方法は雑音バーストおよびポップ音を実質
的に除去するが、情報が損失し、意味不明になる可能性
がある。従って、上記の引用の特許出願で説明される方
法はミキシング動作(2つまたはそれ以上の信号の乗
算)を行い、その結果、トーン符号化スケルチ(tone−
coded squelch)または低速トランキング・データ(low
−speed trunking data)などの可聴下(sub−audibl
e)の重畳信号がスペクトルの可聴成分に変換され、受
信音声に不快なランブル(rumbling)を発生することが
ある。
Conventional methods of improving the response to Rayleigh fading signals are mostly analog, requiring valuable space in mobile radio equipment and increasing cost. Moreover, most of these methods are double-ended, requiring some signal processing to be added to both the mobile device and the base station. One method for improving the performance of a receiver in a Rayleigh fading environment described in U.S. patent application Ser. No. 091,160, filed Aug. 28, 1987, and assigned to the same assignee as the present invention, is to use a fading event. While the receiver audio is actually muted. Although this method substantially eliminates noise bursts and pops, it can lose information and become meaningless. Accordingly, the method described in the above-cited patent application performs a mixing operation (multiplication of two or more signals), resulting in a tone-encoded squelch (tone-
coded squelch or slow trunking data (low
Audible (sub-audibl) such as -speed trunking data
The superimposed signal in e) may be converted to an audible component of the spectrum, causing unpleasant rumble in the received voice.

従って、スペースを節約し、かつアナログ部品の費用
を省くため、最新のDSP(デジタル信号プロセッサ)を
利用してランダムFM雑音をキャンセルする方法が必要に
なる。また、音声をミュートせずに、フェージング事象
の影響に対処する方法が必要になる。さらに、ランダム
FM雑音の影響を無効にし、しかも可聴下信号が受信音声
中に聞こえないようにする方法が必要になる。
Therefore, there is a need for a method for canceling random FM noise using a modern DSP (Digital Signal Processor) in order to save space and reduce the cost of analog components. There is also a need for a way to address the effects of fading events without muting the audio. In addition, random
There is a need for a method that negates the effects of FM noise and prevents audible signals from being heard in the received voice.

発明の概要 本発明に従って、弁別器出力雑音パルスを実質的に除
去するランダムFM雑音のキャンセレーション方法が提供
される。FM変調信号のエンベロープを処理して、雑音パ
ルスの波形、振幅および発生時間を示す特性を判定する
ことによってキャンセレーションが行われる。弁別器出
力信号は処理され、雑音パルス方向を示す特性を把握す
る。これらの特性に基づいてカウンタ・パルスが発生さ
れ、このカウンタ・パルスと弁別器出力とは合成され、
ランダムFM雑音を実質的にキャンセルする。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, there is provided a method for canceling random FM noise that substantially eliminates discriminator output noise pulses. Cancellation is performed by processing the envelope of the FM modulated signal and determining characteristics indicating the waveform, amplitude and generation time of the noise pulse. The discriminator output signal is processed to determine a characteristic indicative of a noise pulse direction. A counter pulse is generated based on these characteristics, and the counter pulse and the discriminator output are combined,
Substantially cancels random FM noise.

図面の簡単な説明 第1図は、2波形フェージング(2 ray fading)パラ
メータの実数部および虚数部、ならびに生成振幅を示
す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows the real and imaginary parts of a two-waveform fading parameter and the generated amplitude.

第2図は、レイリー・フェージング・パラメータの実
数部および虚数部、ならびに生成振幅を示す。
FIG. 2 shows the real and imaginary parts of the Rayleigh fading parameter and the generated amplitude.

第3図は、最小エンベロープを中心としたフェージン
グ・エンベロープの正規化された導関数を示す。
FIG. 3 shows the normalized derivative of the fading envelope centered on the minimum envelope.

第4図は、正規化されたエンベロープ導関数とレイリ
ー・フェージングの弁別器出力との間の関係を示す。
FIG. 4 shows the relationship between the normalized envelope derivative and the Rayleigh fading discriminator output.

第5図は、本発明のランダムFM雑音キャンセレーショ
ン・アルゴリズムのブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of the random FM noise cancellation algorithm of the present invention.

第6図は、雑音パルス・キャンセレーションを行う和
分のために正しく整列されたカウンタ・パルスと雑音パ
ルスとを示す。
FIG. 6 shows the counter pulse and the noise pulse correctly aligned for the summation with noise pulse cancellation.

発明の詳細な説明 フェージングされた信号は、次式によりモデル化でき
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A faded signal can be modeled by:

f(t)=r(t)s(t) ただし、 s(t)=ejθ(t)は所望のFM信号であり、 r(t)=ρ(t)ejψ(t)はフェージング・
パラメータである。
f (t) = r (t) s (t) where s (t) = ejθ (t) is a desired FM signal, and r (t) = ρ (t) ejψ (t) is a fading signal.
Parameter.

従って、受信信号は次のように表すことができる。 Therefore, the received signal can be expressed as follows.

f(t)=ρ(t)ej[θ(t)+ψ(t)] この信号がFMリミッタ/弁別器に印加されると、生成
出力は次のようになる。
f (t) = ρ (t) ej [θ (t) + ψ (t)] When this signal is applied to the FM limiter / discriminator, the generated output is:

d(t)=θ′(t)+ψ′(t) ただし、 は所望のメッセージ信号であり、 はランダムFM雑音信号である。ディープ・フェージング
(deep fades)期間中には、P(t)はパルス状の雑音
を所望の信号に寄与する。これらのパルスが所望の信号
に対してかなりの振幅を有し、かつ、音声帯域幅(300
〜3000Hz)にエネルギを含む場合、これらのパルスは音
声品質をかなり劣化させる。
d (t) = θ ′ (t) + ψ ′ (t) where Is the desired message signal, Is a random FM noise signal. During deep fades, P (t) contributes pulsed noise to the desired signal. These pulses have a significant amplitude for the desired signal and have a speech bandwidth (300
When containing energy at ~ 3000 Hz), these pulses degrade speech quality considerably.

本発明のランダムFM雑音キャンセレーション方法は、
フェージング・エンベロープ(ρ(t))に含まれる情
報を利用して、弁別器出力においてランダムFM雑音パル
スを実質的にキャンセルする。パルスの振幅および波形
はエンベロープから得られ、パルスの方向(符号)は弁
別器出力信号を適切に濾波することによって得られる。
The random FM noise cancellation method of the present invention,
The information contained in the fading envelope (ρ (t)) is used to substantially cancel random FM noise pulses at the discriminator output. The amplitude and waveform of the pulse are obtained from the envelope, and the direction (sign) of the pulse is obtained by appropriately filtering the discriminator output signal.

本発明の効果は、フェージング・パラメータの実数部
および虚数部は雑音パルス期間中にほぼ線形であるとい
う仮定に基づいている。フェージング・パラメータは、
前に指数形式で次式のように定義されている。
The effect of the present invention is based on the assumption that the real and imaginary parts of the fading parameter are approximately linear during the noise pulse. The fading parameter is
It was previously defined in exponential form as:

r(t)=ρ(t)ejψ(t) 矩形形式では、フェージング・パラメータは次式のよ
うに表すことができる。
r (t) = ρ (t) ejψ (t) In rectangular form, the fading parameter can be expressed as:

r(t)=x(t)+jy(t) ランダムFM雑音パルスP(t)の期間中において、r
(t)の実数部および虚数部はほぼ線形である。すなわ
ち x(t)=mxt+bx y(t)=myt+by この仮定は、2つの理由から完全に妥当であり正当化で
きる。まず第1に、レイリー(リシアン(Rician),マ
ルチパスなど)フェージングは、低域通過プロセスであ
る。故に、このプロセスの最小時間期間よりも実質的に
小さい時間期間において、信号はほぼ線形である。フェ
ージングによって発生する好ましくない雑音パルスは、
このプロセスの最小期間よりもかなり小さい幅を有す
る。この線形性の仮定は、雑音パルスが発生される最小
エンベロープ期間中において特に成り立つ。
r (t) = x (t) + jy (t) During the period of the random FM noise pulse P (t), r
The real and imaginary parts of (t) are approximately linear. That x (t) = m x t + b x y (t) = m y t + b y this assumption can be completely a reasonable justification for two reasons. First, Rayleigh (Rician, multipath, etc.) fading is a low-pass process. Thus, during a time period substantially less than the minimum time period of the process, the signal is substantially linear. Unwanted noise pulses caused by fading are:
It has a much smaller width than the minimum period of this process. This linearity assumption is particularly true during the minimum envelope during which the noise pulse is generated.

第1図は、2波形フェージング・パラメータの実数部
(102)と虚数部(103)、ならびに生成振幅(101)を
示す。2波形フェージングは、所望信号と、別の一つの
反射信号との直接受信からなり、この両方の信号の振幅
は一定に維持される。第1図が示すように、フェージン
グ・パラメータの実数部(102)と虚数部(103)とは、
最小エンベロープにおいて最も線形となる。
FIG. 1 shows the real part (102) and imaginary part (103) of the two-waveform fading parameter, as well as the generated amplitude (101). Dual waveform fading consists of the direct reception of the desired signal and another reflected signal, the amplitude of both signals being kept constant. As FIG. 1 shows, the real part (102) and the imaginary part (103) of the fading parameter are:
It is the most linear at the minimum envelope.

第2図は、レイリー・フェージング・パラメータの実
数部(202)および虚数部(203)、ならびに生成振幅
(201)を示す。2波形フェージングに比べ、レイリー
フェージング・パラメータでは影響はあまり顕著でない
が、実数部(202)と虚数部(203)とは、この図が示す
ように最小エンベロープにおいて線形となる可能性がも
っとも高い。
FIG. 2 shows the real part (202) and imaginary part (203) of the Rayleigh fading parameter and the generated amplitude (201). Although the effect is less pronounced with the Rayleigh fading parameter than with two-waveform fading, the real part (202) and the imaginary part (203) are most likely to be linear at the minimum envelope as shown in this figure.

この線形性の仮定に基づき、弁別器出力におけるラン
ダムFM雑音パルスの振幅および波形は、フェージング・
エンベロープ内に含まれる情報のみを用いて算出できる
ことがわかる。この結果は概して正しいが、以下に示す
導関数は代数的な複雑さを最小限に押さえるため簡単な
線形性の場合ついてのものである。
Based on this linearity assumption, the amplitude and waveform of the random FM noise pulse at the discriminator output are
It can be seen that the calculation can be performed using only the information included in the envelope. While this result is generally correct, the derivative shown below is for the case of simple linearity to minimize algebraic complexity.

フェージング・パラメータは、矩形形式で次のように
表すことができた。
The fading parameters could be expressed in rectangular form as:

r(t)=x(t)+jy(t) 従って、フェージング・パラメータの振幅および位相
は次式によって与えられる。
r (t) = x (t) + jy (t) Therefore, the amplitude and phase of the fading parameter are given by:

ここで以下のフェージングを仮定する。 Here, the following fading is assumed.

x(t)=b(ただしbは0以外の定数) y(t)=mt(ただしmは0以外の定勾配) r(t)がFM復調用のリミタ/弁別器に入力される
と、出力は次式によって与えられる。
x (t) = b (where b is a constant other than 0) y (t) = mt (where m is a constant gradient other than 0) When r (t) is input to a limiter / discriminator for FM demodulation, The output is given by:

P(t)はt=tm=0、すなわちρ(t)の最小値
の場合に最大となる。従って、Pmaxは次のように定義で
きる。
P (t) becomes maximum when t = tm = 0, that is, when ρ 2 (t) is the minimum value. Therefore, P max can be defined as:

このフェージングのエンベロープは ここで、時間に対するρ(t)の導関数ρ′(t)は次
式によって与えられる。
The fading envelope is Here, the derivative ρ ′ (t) of ρ (t) with respect to time is given by the following equation.

ρ(t)の正規化導関数は次のように定義される。 The normalized derivative of ρ (t) is defined as:

第3図は、最小エンベロープを中心としたg(t)の
プロットである。
FIG. 3 is a plot of g (t) centered on the minimum envelope.

ランダムFM雑音信号の大きさ(|Pmax|)は、正規化導
関数の最高最低振幅(peak−to−peak amplitude)であ
ることがわかる。すなわち、 |Pmax|=gmax−gmin 第3図から、gmax=g(tmax)であり、gmin=g
(tmin)であることがわかる。g′(t)=0の解を求
めることによりtmaxおよびtminが得られるため、これら
の最大および最小時間は基本的な計算法を用いて求める
ことができる。すなわち、 ρ(t)は決して0にならないように定義されているの
で、この方程式の解は次式によって与えられる。
It can be seen that the magnitude of the random FM noise signal (| P max |) is the peak-to-peak amplitude of the normalized derivative. That, | P max | = g max -g from min Figure 3, a g max = g (t max) , g min = g
(T min ). Since t max and t min are obtained by finding the solution of g ′ (t) = 0, the maximum and minimum times can be obtained using basic calculation methods. That is, Since ρ (t) is defined to never be zero, the solution to this equation is given by:

m4t2=m2b2 または 従って、 これらの値をg(t)に代入することにより、gmaxおよ
びgminが得られる。
m 4 t 2 = m 2 b 2 or Therefore, By substituting these values for g (t), g max and g min are obtained.

最後に、 この関係式は、一般的な場合についてもあてはまる。 Finally, This relation also applies to the general case.

x(t)=mxt+bx y(t)=myt+by レイリー・フェージングの場合について、第4図は弁
別器出力における雑音パルスを点線で、また正規化エン
ベロープの導関数を実線で示す。この図から、雑音パル
スの大きさは正規化導関数の最大最小振幅値に等しいこ
とが明らかである。
for the case of x (t) = m x t + b x y (t) = m y t + b y Rayleigh fading, Figure 4 shows a noise pulse in the discriminator output by the dotted line, also a derivative of the normalized envelope by a solid line . It is clear from this figure that the magnitude of the noise pulse is equal to the maximum and minimum amplitude values of the normalized derivative.

上記の汎用線形フェージングに応答するFMリミタ/弁
別器の出力における信号は、 となる(ただし、kは定数)。
The signal at the output of the FM limiter / discriminator in response to the above general linear fading is (Where k is a constant).

また、次式が成立することはすでに実証されている。 It has already been demonstrated that the following equation holds.

|Pmax|と同様に、ρ(t)は既知であるので、|k|は
次式によって求めることができる。
Similarly to | P max |, since ρ (t) is known, | k | can be obtained by the following equation.

故に、弁別器出力における雑音パルス全体の絶対値
は、フェージング・エンベロープ内に含まれる情報のみ
を利用して、振幅および波形の両方において再現するこ
とができる。
Thus, the absolute value of the entire noise pulse at the discriminator output can be reproduced in both amplitude and waveform, using only the information contained within the fading envelope.

弁別器出力における雑音パルスを実質的にキャンセル
するためには、雑音パルスの方向のみを求めるだけでよ
い。パルスの方向は、弁別器出力信号を適切に濾波する
ことによって検出することができる。符号化スケルチや
低速トランキング・データなどの可聴下信号が存在しな
い場合、パルス方向は低域通過フィルタを介して検出す
ることができる。可聴下信号が存在する場合、適切に設
計された低域通過または帯域通過フィルタはパルス方向
を求める機能を果たす。ある場合(すなわち、メッセー
ジ信号の帯域幅が低域通過の場合)には、パルス方向を
求めるため高域通過フィルタを用いることができる。
To substantially cancel the noise pulse at the discriminator output, only the direction of the noise pulse need be determined. The direction of the pulse can be detected by appropriately filtering the discriminator output signal. In the absence of audible signals, such as coded squelch or slow trunking data, the pulse direction can be detected via a low pass filter. When an inaudible signal is present, a properly designed low-pass or band-pass filter performs the function of determining the pulse direction. In some cases (ie, when the bandwidth of the message signal is low-pass), a high-pass filter can be used to determine the pulse direction.

第5図において、概して参照番号500で記される本発
明の方法の好適な構成のブロック図を示す。この方法は
デジタル方式の無線装置用に設計されているので、雑音
キャンセレーション・アルゴリズムはDSP、好ましくはM
otorola社製DSP56000装置を用いて構成される。
Referring to FIG. 5, a block diagram of a preferred configuration of the method of the present invention, generally designated by the reference numeral 500, is shown. Since this method is designed for digital radio equipment, the noise cancellation algorithm is DSP, preferably M
It is configured using a DSP56000 device manufactured by otorola.

このアルゴリズムは、弁別器(501)の入力におい
て、一連の複素サンプルの形式で、デジタルIFフィルタ
から入力を受け取る。アルゴリズムは、弁別器の標本化
レートで必然的に実行する。
The algorithm receives an input from a digital IF filter in the form of a series of complex samples at the input of the discriminator (501). The algorithm necessarily runs at the discriminator sampling rate.

弁別器における各複素サンプルの大きさは、ブロック
502において算出される。これらの大きさのサンプル
は、受信信号の原エンベロープ(raw envelope)(ρ)
を成す。このエンベロープ信号は、エンベロープ低域通
過フィルタ(LPF)(503)によって濾波される。エンベ
ロープLPF(503)は、エンベロープに対する雑音の影響
やIFフィルタによるリプル(ripple)の影響を低減する
ために必要である。フィルタはアルゴリズムによって実
行される計算に遅延を導入するので、導入される遅延が
整数の標本期間であるためには、エンベロープLPF(50
3)は線形位相であり、かつ対称的であることが好まし
い。フィルタの遅延を整数の標本期間に限定することに
より、発生するカウンタ・パルスを実際の雑音パルスに
整列させることが簡単になる。これについては以下で詳
細に説明する。エンベロープLPFは、奇数個のタップを
有する対称的な有限インパルス応答(FIR)フィルタと
してDSP内で実現される。
The size of each complex sample in the discriminator is
Calculated at 502. Samples of these sizes are the raw envelope (ρ) of the received signal.
Make This envelope signal is filtered by an envelope low pass filter (LPF) (503). The envelope LPF (503) is necessary for reducing the influence of noise on the envelope and the influence of ripple due to the IF filter. The filter introduces a delay into the calculations performed by the algorithm, so that if the introduced delay is an integer sample period, the envelope LPF (50
3) is preferably a linear phase and symmetric. Limiting the filter delay to an integral number of sample periods simplifies aligning the generated counter pulse with the actual noise pulse. This will be described in detail below. The envelope LPF is implemented in the DSP as a symmetric finite impulse response (FIR) filter with an odd number of taps.

第5図において、ρとして記されるエンベロープLP
F(503)の出力は、2つのパラレル経路を介して処理さ
れる。下側の経路では、ρの導関数が微分ブロック50
4において算出される。ブロック504に現われる式、1−
z-1は、当技術分野において周知なように、微分のz変
換近似の可能な一つであり、標本期間の1/2の遅延を導
入する。
In Figure 5, the envelope is marked as [rho 1 LP
The output of F (503) is processed via two parallel paths. In the lower path, the derivative of ρ 1 is
Calculated in 4. The expression that appears in block 504, 1-
z −1 is one of the possible z-transform approximations of the derivative, as is well known in the art, and introduces a delay of 標本 the sample period.

この1/2標本期間の遅延を補償するため、上側の経路
は、1/2標本期間の遅延を加算する2タップ型フィルタ
(505)を含む。式[1+z-1]/2は、適切な遅延プロセ
スのz変換の可能な一つである。遅延されたエンベロー
プは反転処理(506)が施され、エンベロープ導関数と
反転されたエンベロープとはブロック507において乗ぜ
られ、正規化導関数となる。
To compensate for this 1/2 sample period delay, the upper path includes a two tap filter (505) that adds the 1/2 sample period delay. The equation [1 + z −1 ] / 2 is one possible z-transform of a suitable delay process. The delayed envelope is subjected to an inversion process (506), and the envelope derivative and the inverted envelope are multiplied at block 507 to become a normalized derivative.

カウンタ・パルスの符号は、弁別器(501)の出力を
入力として用いるパルス符号フィルタ(pulse sign fil
ter)(508)によって推定される。このフィルタは、そ
の通過帯域が正常音声からの最小エネルギを含む周波数
領域と、可聴化信号とをカバーし、しかも雑音パルス・
エネルギを最大限にするように設計されなければならな
い。ランダムFM雑音パルスは本質的に低域通過であるの
で、符号フィルタの通過帯域は300Hzの通常音声カット
オフ周波数より低い周波数領域になければならない。
The sign of the counter pulse is determined by a pulse sign filter using the output of the discriminator (501) as an input.
ter) (508). This filter covers the frequency domain whose passband contains the minimum energy from normal speech and the audible signal, and furthermore the noise pulse
Must be designed to maximize energy. Since the random FM noise pulse is low pass in nature, the pass band of the code filter must be in the frequency range below the normal speech cutoff frequency of 300 Hz.

雑音パルス間干渉を最小限に押さえるためには、符号
フィルタのインパルス応答は短く、主要ローブ(lobe)
が一つしかなくてはならない。キャンセレーションを必
要とするほどひどい雑音パルスは、符号フィルタにとっ
ては実質的にインパルスのようになる。従って、検出さ
れたパルス中心からの符号推定の遅延は、フィルタのイ
ンパルス応答の最大振幅偏位(maximum amplitude excu
rsion)の遅延に等しい。
To minimize noise-to-pulse interference, the impulse response of the code filter is short and the main lobe
There must be only one. Noise pulses that are so severe that they require cancellation become substantially impulse to the code filter. Therefore, the delay of the code estimation from the detected pulse center is the maximum amplitude excursion of the impulse response of the filter.
rsion) delay.

第5図のブロック507において算出された正規化導関
数は、第3図のパルス検出閾値を通過するときに、アル
ゴリズムにカウンタ・パルスを生成するためデータの収
集を開始させる。好適な実施例では、データ収集は最小
閾値を通過する正規化導関数によって開始されるが、最
大閾値を通過する正規化導関数、または所定の閾値を越
える正規化導関数の絶対値によって開始することもでき
る。パルス検出測定ブロック(509)はこの閾値通過を
検出し、閾値通過とゼロ通過との間の局部最小値g
(t)(gmin)の検索を開始する。次に、局部最大値
(gmax)が割り出され、パルス振幅の絶対値が前述のよ
うに算出される。パルス符号フィルタ(508)の出力
は、符号推定を行なう。
When the normalized derivative calculated in block 507 of FIG. 5 passes the pulse detection threshold of FIG. 3, it causes the algorithm to begin collecting data to generate a counter pulse. In a preferred embodiment, data collection is initiated by a normalized derivative passing a minimum threshold, but by a normalized derivative passing a maximum threshold or the absolute value of a normalized derivative exceeding a predetermined threshold. You can also. The pulse detection measurement block (509) detects this threshold crossing and determines the local minimum g between the threshold crossing and zero crossing.
(T) Start searching for (g min ). Next, the local maximum value (g max ) is determined, and the absolute value of the pulse amplitude is calculated as described above. The output of the pulse code filter (508) performs code estimation.

ここで、残っているのはパルス波形だけである。一般
的な場合の導関数について先に説明したように、パルス
波形はパルス中心(ρ(tm))におけるエンベロープ値
とフェージング事象(ρ(t))を中心としたのエンベ
ロープ振幅との割合の二乗によって求められる。パルス
中心におけるエンベロープ振幅値は、遅延プロセス505
からパルス検出測定ブロック(509)に通過した遅延さ
れたエンベロープから求められる。最終的なパルス波形
の判定は、遅延ライン(511)によって与えられる反転
エンベロープの適切に(τだけ)遅延されたサンプル
で乗ずることによって、パルス発生器ブロック(510)
において行なわれる。パルス検出測定ブロック(509)
は、パルス振幅および符号に関する必要な情報をパルス
発生器(510)に与える。アルゴリズムはDSP内で実行さ
れるので、個々のプロセスによって導入される遅延は厳
密にわかっているので、τを求めて、弁別器出力にお
いてカウンタ・パルスが雑音パルスと一致するように反
転エンベロープ情報が適切な量だけ遅延されるようにす
ることは簡単である。
Here, only the pulse waveform remains. As described above for the derivative in the general case, the pulse waveform is the ratio of the envelope value at the pulse center (ρ (t m )) to the envelope amplitude around the fading event (ρ (t)). Determined by the square. The value of the envelope amplitude at the center of the pulse is
From the delayed envelope passed to the pulse detection measurement block (509). The determination of the final pulse shape is made by multiplying by the appropriately (τ i ) delayed samples of the inversion envelope provided by the delay line (511), the pulse generator block (510).
It is performed in. Pulse detection measurement block (509)
Provides the necessary information about the pulse amplitude and sign to the pulse generator (510). Since the algorithm is implemented in the DSP, the delays introduced by the individual processes are known exactly, so τ i is determined and the inverted envelope information is used so that the counter pulse matches the noise pulse at the discriminator output. Is easily delayed by an appropriate amount.

弁別器(501)の出力は、長さτの遅延ライン(51
2)にも入力される。ただし、τはキャンセレーショ
ン遅延を表す。このキャンセレーション遅延は、アルゴ
リズムが正しく動作するために必要な最小音声遅延を表
し、これも厳密にわかっていなければならない。遅延ラ
イン(512)の出力における雑音パルスおよびパルス発
生器(510)からの正しく整列されたカウンタ・パルス
は加算器(513)において加算され、その後、簡単なデ
エンファシス・フィルタ(de−emphasis filter)(51
4)によって処理され、最終的な音声出力となる。第6
図は、ノイズをキャンセルするために正しく整列された
カウンタ・パルス(実線)と雑音パルス(点線)とを示
す。
Output, the length tau c delay line discriminator (501) (51
2) is also entered. Here, τ c represents a cancellation delay. This cancellation delay represents the minimum speech delay required for the algorithm to work properly and must also be known exactly. The noise pulse at the output of the delay line (512) and the properly aligned counter pulse from the pulse generator (510) are added in an adder (513), and then a simple de-emphasis filter. (51
4) is processed and becomes the final audio output. Sixth
The figure shows the counter pulse (solid line) and the noise pulse (dotted line) correctly aligned to cancel the noise.

本発明の雑音キャンセレーション・アルゴリズムの正
しい動作は、受信信号のエンベロープの正確な特性把握
に大きく依存しているので、エンベロープ・データを損
なう傾向にある動作条件の下ではアルゴリズムを若干修
正する必要がある。これらの悪動作条件には、低S/N(s
ignal−to−noise)比,隣接チャンネルまたは同一チャ
ンネル干渉および周波数選択性フェージング(frequenc
y selective fading)が含まれる。
Since the correct operation of the noise cancellation algorithm of the present invention depends heavily on accurate characterization of the envelope of the received signal, it may be necessary to modify the algorithm slightly under operating conditions that tend to corrupt the envelope data. is there. These bad operating conditions include low S / N (s
ignal-to-noise ratio, adjacent channel or co-channel interference and frequency selective fading (frequenc
y selective fading).

良好な動作条件では、第3図に示すように、正規化導
関数は収集期間中に一つのゼロ交差しかない。しかし、
低S/Nでは、正規化導関数は、所望のエンベロープ信号
のほかに、雑音の関数にもなる。これらの条件では、正
規化導関数ははるかに多くのゼロ交差を有する。別の外
部からのゼロ交差事象も、干渉または周波数選択性フェ
ージングに起因する高周波エンベロープ・リプルによっ
て生じる。従って、最初のゼロ交差後の所定の時間内に
第2のゼロ交差が発生した場合にはいつでも、データ収
集はオフにされ、アルゴリズムはリセットされる。
Under good operating conditions, the normalized derivative has only one zero crossing during the acquisition period, as shown in FIG. But,
At low S / N, the normalized derivative is a function of noise as well as the desired envelope signal. Under these conditions, the normalized derivative has much more zero crossings. Another extraneous zero-crossing event is also caused by high frequency envelope ripple due to interference or frequency selective fading. Thus, whenever a second zero crossing occurs within a predetermined time after the first zero crossing, data collection is turned off and the algorithm is reset.

レイリー・フェージングのコンピュータ・シミュレー
ションにより、ランダムFM雑音パルスは2ラジアン以上
の振幅には決してならないことがわかっている。従っ
て、|gmax|または|gmin|が値1.0を越える場合には、お
そらく何かが異常である。このエラー状態に応答して、
アルゴリズムによって得られるパルス振幅推定は0に設
定され、振幅が0のカウンタ・パルスが弁別器出力に加
えられる。
Computer simulations of Rayleigh fading have shown that random FM noise pulses never have an amplitude greater than 2 radians. Thus, if | g max | or | g min | exceeds the value 1.0, something is probably abnormal. In response to this error condition,
The pulse amplitude estimate obtained by the algorithm is set to zero, and a zero amplitude counter pulse is added to the discriminator output.

第3のありうるエラー状態は、カウンタ・パルスの波
形の算出中に発生することがある。前述のように、この
波形は最小エンベロープと、雑音パルス事象を中心とし
たエンベロープ・サンプルの振幅との割合の二乗であ
る。この割合は常に1よりも小さいか等しくなくてはな
らない。なぜならば、最小エンベロープ自体は雑音パル
ス事象を中心としたエンベロープ・サンプル振幅の局部
最小値であるためである。この割合が1よりも大きい場
合、エラーが発生しており、パルス振幅推定は0に設定
され、ノンゼロ・カウンタ・パルスが弁別器出力に加算
されるのを防ぐ。
A third possible error condition may occur during the calculation of the counter pulse waveform. As mentioned above, this waveform is the square of the ratio of the minimum envelope to the amplitude of the envelope sample centered on the noise pulse event. This ratio must always be less than or equal to one. This is because the minimum envelope itself is a local minimum of the envelope sample amplitude centered on the noise pulse event. If this ratio is greater than one, an error has occurred and the pulse amplitude estimate is set to zero, preventing non-zero counter pulses from being added to the discriminator output.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04B 1/10 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H04B 1/10

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】エンベロープを有するFM変調RF信号につい
て、弁別器出力雑音パルスを実質的に除去するランダム
FM雑音キャンセレーション方法であって: (a)FM変調信号のエンベロープを処理して、雑音パル
スの波形、振幅および発生時間を示す特性を把握する段
階; (b)弁別器出力信号を処理して、雑音パルスの方向を
示す少なくとも一つの特性を把握する段階; (c)段階(a)および(b)で判定した特性に基づい
て、カウンタ・パルスを発生する段階;および (d)カウンタ・パルスと弁別器出力とを合成して、ラ
ンダムFM雑音パルスを実質的にキャンセルする段階; によって構成されることを特徴とする方法。
An FM-modulated RF signal having an envelope has a randomizer that substantially eliminates a discriminator output noise pulse.
An FM noise cancellation method comprising: (a) processing an envelope of an FM modulated signal to ascertain characteristics indicative of a noise pulse waveform, amplitude and generation time; (b) processing a discriminator output signal. Grasping at least one characteristic indicating the direction of the noise pulse; (c) generating a counter pulse based on the characteristic determined in steps (a) and (b); and (d) counter pulse. Synthesizing the discriminator output to substantially cancel the random FM noise pulse.
【請求項2】FM変調信号のエンベロープを処理する段階
(a)は: (a1)エンベロープを微分して、エンベロープ導関数を
与える段階; (a2)エンベロープ導関数をエンベロープで除算して、
正規化導関数を得る段階; (a3)正規化導関数の最大最小振幅を算出して、雑音パ
ルス振幅を与える段階; (a4)最小エンベロープの発生時間を算出して、雑音パ
ルスの発生時間を与える段階; (a5)最小エンベロープにおけるエンベロープ振幅と、
最小エンベロープを中心としたエンベロープ振幅との割
合の二乗を算出して、雑音パルス波形を与える段階; をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項1記
載の方法。
2. The step of processing the envelope of the FM modulated signal comprises the steps of: (a1) differentiating the envelope to provide an envelope derivative; (a2) dividing the envelope derivative by the envelope;
Obtaining a normalized derivative; (a3) calculating a maximum / minimum amplitude of the normalized derivative to give a noise pulse amplitude; (a4) calculating a minimum envelope generation time and calculating a noise pulse generation time (A5) the envelope amplitude at the minimum envelope;
2. The method according to claim 1, further comprising: calculating a square of a ratio of an envelope amplitude centered on the minimum envelope to an envelope amplitude to provide a noise pulse waveform.
【請求項3】処理段階(a3)ないし(a5)は、正規化導
関数の振幅が所定の閾値を通過する場合にのみ実行され
ることを特徴とする請求項2記載の方法。
3. The method according to claim 2, wherein the processing steps (a3) to (a5) are performed only when the magnitude of the normalized derivative passes a predetermined threshold.
【請求項4】処理段階(a3)ないし(a5)は、所定の時
間内に正規化導関数が2つ以上のゼロ交差を有する場合
に終了されることを特徴とする請求項2記載の方法。
4. The method according to claim 2, wherein the processing steps (a3) to (a5) are terminated if the normalized derivative has more than one zero crossing within a predetermined time. .
【請求項5】弁別器出力信号を処理する段階(b)は: (b1)弁別器出力信号を処理して、濾波信号を与える段
階;および (b2)濾波信号を標本化して、雑音パルス方向を与える
段階; をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項1記
載の方法。
5. The step (b) of processing the discriminator output signal includes: (b1) processing the discriminator output signal to provide a filtered signal; and (b2) sampling the filtered signal to obtain a noise pulse direction. 2. The method of claim 1, further comprising: providing.
【請求項6】濾波信号は、フィルタのインパルス応答の
最大振幅偏位と実質的に一致する時間において標本化さ
れることを特徴とする請求項5記載の方法。
6. The method of claim 5, wherein the filtered signal is sampled at a time substantially corresponding to a maximum amplitude excursion of the filter's impulse response.
【請求項7】カウンタ・パルスと弁別器出力とを合成す
る段階(d)は、カウンタ・パルスと弁別器出力とを加
算することを特徴とする請求項1記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the step of combining the counter pulse and the discriminator output comprises adding the counter pulse and the discriminator output.
【請求項8】エンベロープを有するFM変調RF信号につい
て、弁別器出力雑音パルスを実質的に除去するランダム
FM雑音キャンセレーション装置であって; FM変調信号のエンベロープを処理して、雑音パルスの波
形,振幅および発生時間を示す第1特性を把握する手
段; 弁別器出力信号を処理して、雑音パルスの方向を示す少
なくとも一つの第2特性を把握する手段; 第1および第2特性に基づいて、カウンタ・パルスを発
生する手段;および カウンタ・パルスと弁別器出力とを合成して、ランダム
FM雑音パルスを実質的にキャンセルする手段; によって構成されることを特徴とする装置。
8. A randomizer for substantially eliminating discriminator output noise pulses for an FM modulated RF signal having an envelope.
Means for processing an envelope of an FM modulated signal to ascertain a first characteristic indicative of a waveform, amplitude and generation time of a noise pulse; processing an output signal of a discriminator to generate a noise pulse Means for ascertaining at least one second characteristic indicative of a direction; means for generating a counter pulse based on the first and second characteristics; and combining the counter pulse and the discriminator output to produce a random number.
Means for substantially canceling the FM noise pulse.
【請求項9】FM変調信号のエンベロープを処理する手段
は: エンベロープを微分して、エンベロープ導関数を与える
手段; エンベロープ導関数をエンベロープで除算して、正規化
導関数を与える手段; 正規化導関数の最大最小振幅を算出して、雑音パルス振
幅を与える手段; 最小エンベロープの発生時間を算出して、雑音パルスの
発生時間を与える手段; 最小エンベロープにおけるエンベロープ振幅と、最小エ
ンベロープを中心としたエンベロープ振幅との割合の二
乗を算出して、雑音パルス波形を与える手段; をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項8記
載の装置。
9. The means for processing the envelope of the FM modulated signal includes: means for differentiating the envelope to provide an envelope derivative; means for dividing the envelope derivative by the envelope to provide a normalized derivative; Means for calculating the maximum and minimum amplitudes of the function and providing a noise pulse amplitude; means for calculating the minimum envelope generation time and providing the noise pulse generation time; an envelope amplitude in the minimum envelope and an envelope centered on the minimum envelope 9. The apparatus according to claim 8, further comprising: means for calculating a square of a ratio with the amplitude to provide a noise pulse waveform.
【請求項10】弁別器出力信号を処理する手段は: 弁別器出力信号を濾波して、濾波信号を与える手段; 濾波信号を標本化して、雑音パルス方向を与える手段; をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項8記
載の方法。
10. The means for processing the discriminator output signal further comprises: means for filtering the discriminator output signal to provide a filtered signal; means for sampling the filtered signal to provide a noise pulse direction. The method of claim 8, wherein
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